射频原理

LRP 和 HRP UWB 风格，以及 UWB 技术如何克服发射功率的限制，

以实现与其他短距离无线电技术类似的高 SNR 和通信范围。在本文中，我们从信噪比、

功耗和硅面积方面展示了脉冲能量和脉冲重复率对 UWB 接收器的影响。我们观察到两种口味之间存在显着差异。

UWB 中每毫秒辐射的总能量为 37μW（对于 500 MHz 信道带宽）。

该能量可以分成几个高能脉冲 (LRP) 或许多低能脉冲 (HRP)。HRP 中的单个脉冲能量 (E p ) 通常比 LRP 的情况低约 10 倍，

而脉冲重复率则高约 10 倍。这意味着 HRP 中的数据符号通常用多个脉冲进行编码，这与 LRP 不同，

LRP 中每个脉冲或仅几个脉冲对数据符号进行编码。

上述含义很重要：1) 就给定链路衰减（或路径损耗）而言，

接收器处的信噪比 (SNR) 与 20 log 10（距离）和2 )成正比接收器的复杂性。我们了解到，

LRP 的脉冲能量可以比 HRP 强 10 倍（仍然符合规定）。这意味着在相同距离下，

LRP 的 SNR 好 10 倍（假设接收机噪声系数相同）。这显然对 HRP 接收器设置了更高的限制，

以从接近最大操作距离或非视距 (NLOS) 条件下的接收器噪声中提取传入的 UWB 信号。

图1：对于 LRP 和 HRP，TX 信号峰值功率和本底噪声之间的范围仅发生变化。链路预算保持相似，

理论上取决于调制方案及其解调方法。

对于相同的链路衰减，LRP 接收器处的瞬时 SNR 更好。在使用相同能量的情况下，

灵敏度和最大可实现的链路预算取决于调制方案及其解调方法；

在 HRP 等极低 SNR 下运行的接收器的复杂性会大大增加功耗，并可能在链路预算和其他关键性能指标中引入额外的损失。

对功耗和硅面积的影响

LRP 低脉冲重复率的另一个好处是对传播多径的鲁棒性。低脉冲速率允许反射在下一个脉冲到达接收器之前逐渐消失。

这使得能够对输入脉冲进行直接且极其高效的数字处理，以获得测距和数据解码中到达时间所需的信道脉冲响应 (CIR)。

相反，HRP 脉冲传输的高重复率会在接收器处产生脉冲间干扰 (IPI)。HRP 使用具有特殊相关属性的特定通信代码，

以便在前导码期间搜索脉冲并提取 CIR。为了解决IPI问题，必须对接收信号进行数字信号处理和后处理，

包括前导码和数据解码。在低信噪比条件、多路径、时钟偏移和其他接收器缺陷的情况下，这种数字处理变得具有挑战性。

图 2.a) 和 b) 说明了前导码搜索问题。

图2 ：前导码搜索和信道脉冲响应 (CIR) 提取问题的说明 a) LRP 周期性脉冲前导码可实现直接积分 b) 

HRP 前导码需要在周期性三进制码上进行互相关 c) HRP STS 产生本底噪声增加并需要进一步后处理

目前商用的 UWB 芯片很好地证实了 UWB 接收器在能耗和信号处理所需的数字硅面积方面的影响。

12 字节数据包有效负载的 TX 和 RX 能耗

1DW1000 处于模式 10（能耗方面的最佳模式）和通道 5 (6.5 GHz)

数字硅片区

除了 HRP 中的前导码搜索问题之外，新的 IEEE 802.15.4z 还引入了称为加扰时间戳序列 (STS) 的随机生成脉冲序列，

用于在 HRP 模式下增强测距 [B1]。此类序列不具有良好的相关特性，因此会增加本底噪声（见图 2c）。

因此，UWB 接收器需要更多的数字信号处理来进行早期路径提取。

我们将在下一篇文章中展示此类序列在早期路径检测动态范围和完整性水平（操作）方面的局限性。

LRP 可以轻松地由 CR2032 纽扣电池供电，对于可穿戴设备、锁、汽车钥匙扣、跟踪器和能耗极低的设备很有吸引力。

HRP 可用于能源受限较少的设备，例如手机。HRP 的能效可以通过与蓝牙等其他低功耗短距离无线电技术相结合来提高。